4. ВЛИЯНИЕ РОДИОЛЫ И ПИРИДРОЛА НА ПРОЦЕССЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОГО ОБМЕНА ПРИ ИСТОЩАЮЩЕЙ ФИЗИЧЕСКОЙ РАБОТЕ

Изучение влияния препаратов родиолы на мышечную работоспособность при выполнении нагрузок различной интенсивности и длительности и анализ происходящих при этом изменений энергетического обмена указывают на определенную корреляцию между эффективностью препаратов и характером нагрузки. Наиболее четкий положительный результат наблюдается при длительных физических нагрузках, вызывающих утомление: повышается работоспособность в результате оптимизации энергетического метаболизма и укорачивается восстановительный период.

Известно, что систематическая мышечная работа до полного утомления неизбежно приводит к функциональному и структурному истощению организма и снижению его работоспособности. Мышечная деятельность в этих условиях сопровождается глубоким нарушением окислительных процессов в мышце — частичным разобщением дыхания и фосфорилирования, резким падением активности ряда окислительных ферментных систем митохондрий, вторичной вспышкой анаэробных процессов. Баланс макроэргов резко нарушен и вследствие преобладания расщепления АТФ над ее ресинтезом наблюдается снижение содержания АТФ.

Можно полагать, что сдвиги в энергетическом обмене при истощающей мышечной нагрузке являются причиной угнетения процесса аминоацилирования тРНК и дестабилизации полисом с высвобождением высокополимерных РНК.

Восстановление нарушенного равновесия обменных процессов после прекращения истощающей работы протекает крайне замедленно и с малой интенсивностью. Это относится в первую очередь к энергетическим ресурсам и является немаловажным обстоятельством, поскольку состояние энергетики мышечной ткани отражается на скорости процессов ресинтеза белков и нуклеиновых кислот, разрушенных в период интенсивного функционирования клеточных структур мышц (Н. Н. Яковлев, 1964; Ф. З. Меерсон, 1967, 1968).

Биохимическая перестройка, начавшаяся во время работы, получает окончательное завершение лишь в период отдыха (М. И. Виноградов, 1941, 1955). Метаболизм клетки нормализуется. В цитоплазме начинает преобладать содержание аминоацилированных тРНК и высокополимерных РНК в составе белоксинтезирующих структур, следствием чего является активация РНК- и белоксинтезирующих реакций.

Эффективность восстановительных процессов в организме всецело определяется продолжительностью и характером мышечной деятельности. Н. Н. Яковлевым (1963 а, б) было установлено, что после скоростных упражнений процессы реституции протекают значительно быстрее, чем после длительной мышечной работы (на выносливость) и соответственно фаза восстановления в последнем случае более продолжительна. При физиологических нагрузках, не приводящих к глубокому утомлению или истощению, в период отдыха после работы процессы ресинтеза приобретают явный перевес и происходит не только восстановление затраченного, но и сверхвосстановление. Эта закономерность, впервые открытая Вейгертом как закон суперкомпенсации, стала предметом исследований И. П. Павлова, Г. В. Фольборта и их учеников, на основании которых они установили, что охранительное торможение, заложенное в самой нервной клетке и возникающее задолго до истощения, не только ограждает нервную клетку от функционального разрушения, но и стимулирует восстановительные процессы в ней. Утомление и связанные с ним биохимические и функциональные изменения создают предпосылки для процессов восстановления и дальнейшего повышения работоспособности организма (Г. В. Фольборт, 1962).

По окончании работы в мышце, как и в любом другом органе, остаются следовые явления, проходящие в процессе реституции ряд фаз: вначале происходит восстановление энергетических и пластических ресурсов до уровня, превосходящего исходный, и лишь затем — возвращение к норме (В. И. Завьялов, 1960; Ю. Ю. Меньших, 1960). Наличие фазовых состояний во время отдыха показано в отношении молочной кислоты (В. А. Рогозкин, Н. В. Моржевиков, 1961), гликогена (Л. И. Ямпольская, 1950), креатинфосфата. мышечных белков, активности АТФ-азы, лактатдегидрогеназы и изоцитратдегид-рогсназы (Ю. Л. Карпухина, 1955; Н. Р. Чаговец, 1957, 1959 а, б, 1962; Zak и соавторы, 1957).

Таким образом, в настоящее время общепринятым (см.: Н. Н. Яковлев, 1970) является представление о трех кардинальных состояниях организма — покое, деятельности и отдыхе. Первое характеризуется равновесием между функциональным и пластическим метаболизмом, второе — превалированием функционального и некоторым угнетением пластического обмена, третье — превалированием пластического обмена; в основе же этих соотношений лежит в конечном итоге конкуренция за пути использования АТФ. Состояние отдыха принципиально отлично от состояния покоя. Именно в период отдыха происходит суперкомпенсация содержания источников энергии, усиление синтеза структурных и энзиматических белков, повышение ферментативной активности тканей и совершенствование регуляторных механизмов.

Повторная физическая работа, выполненная после отдыха, недостаточного для полного восстановления нарушенных обменных процессов, вызывает дальнейшее функциональное истощение (Г. В. Фольборт, 1941; М. В. Лейник, 1951).

Эти данные побудили нас совместно с Л. В. Адамчук (1969 а, б, 1971) исследовать влияние препаратов родиольГи пиридрола на некоторые показатели нуклеинового, белкового и энергетического обмена в скелетных мышцах крыс в период отдыха после истощающей физической нагрузки.

Животные контрольной группы плавали и течение 6 дней (2 раза в день до утомления с перерывом между плаваниями в 30 минут) при температуре воды в аквариуме 28—32°С. Утомление определяли по их общей реакции (тяжелое дыхание, нежелание цепляться за протянутые предметы, вялость, малая подвижность). Поскольку крысы данного веса способны плавать без перерыва 10—14 часов, для ускорения развития утомления к хвосту привязывали груз, составляющий 7% веса животного. В этих условиях утомление крыс в первый день наступало через 2—4, реже 5 часов, и в последний 6-й день — через 20—50 минут. К этому сроку у подопытных животных наблюдалось закономерное снижение веса тела, значительная инволюция тимуса (па 33%), селезенки (на 14%) и надпочечников (на 15%), а также появление трофических язв и кровоизлияний в слизистой желудка, что характеризует фазу истощения организма при воздействии на него неблагоприятных факторов внешней среды (Селье, 1960).

Введение препаратов производилось подкожно каждый день в течение 6 дней непосредственно перед плаванием в следующих дозах: родозин — 1 мл/кг, п-тирозол — 5 мг/кг, салидрозид — 20 мг/кг, пиридрол — 1 мг/кг. Крысам контрольной группы инъецировали соответствующий объем дистиллированной воды.

В мышцах нижних конечностей крыс определяли активность цитоплазматических аминоацил-тРНК-синтетаз (В. А. Гвоздев, 1960), катализирующих первые этапы биосинтеза белка и протеолитических ферментов (В. А. Рогозкин, 1959), содержание остаточного азота, общего белка (пересчетом разницы между общим и остаточным азотом), РНК и ДНК (Р. Г. Цанев и Г. Г. Марков, 1960), АТФ. АДФ и АМФ. количество свободных аминокислот (методом распределительной хроматографии на бумаге).

Как видно из табл. 18, через сутки после окончания систематической мышечной деятельности до состояния утомления наблюдается глубокое истощение белковых ресурсов мышечной ткани: содержание общего белка снижено по сравнению с нормой на 21,3% с одновременным усилением протеолиза (на 77,6%). Изменения активности аминоацил-тРНК-синтетаз не существенны по сравнению с исходными величинами. Очевидно, ферментные системы, ответственные за ресинтез белковых молекул, в том числе аминоацил-тРНК-синтетазы, даже за сутки отдыха не в состоянии восстановить изношенные в период интенсивного функционирования белковые структуры мышц.

Пиридрол в дозе 1 мг/кг не влияет на активность амино-ацил-тРНК-синтетаз. Однако препарат значительно тормозит активность катепсинов и особенно процессы ресинтеза белка; в результате количество мышечных белков снижается в большей степени (на 25,2%), чем в условиях истощения, наступающего при утомительной физической работе. Очевидно, эти изменения вызваны необратимым процессом деструкции и распада белковых структур, который продолжается и в период отдыха после работы.

При введении препаратов родиолы происходит более выраженное, чем в контрольной группе, усиление протеолитической активности мышц, которое по сравнению с фоновыми данными составляет 201,5% для родозина, 242,2% для салидрозида и 247,4% для п-тирозола. Тем не менее баланс белкового обмена сдвинут в сторону процессов ресинтеза, что приводит к суперкомпенсации мышечных белков (на 32,1—57,9%). Параллельно наблюдается значительная активация аминоаиил-тРНК-синтетаз (в 2—3 раза).

Корреляция между содержанием мышечных белков и активностью протеиназ оказывается существенной: г для родозина, салидрозида и п-тирозола соответственно равен + 0,76, + 0,92 и +0,86 при Р<0,01—0,001.

Отмеченный феномен сверхвосстановления белкового дефицита на фоне усиленного протеолиза, вероятно, можно объяснить, исходя из принципа отрицательной обратной связи между генетическим аппаратом и физиологической функцией клетки (Ф. З. Меерсон, 1967, 1968): усиление функции стимулирует распад белковых структур клетки и накопление продуктов их распада (пептидов и аминокислот), которые, выполняя роль метаболитов-эффекторов, инактивируют репрессоры и стимулируют деятельность генетического аппарата, а тем самым синтез белка и нуклеиновых кислот (Р. И. Белкин, 1947; Fraser, Mahler, 1958; Л. В. Полежаев и соавт., 1962; Byfield, Scherbaum, 1968).

Проявление принципа обратной связи между генетическим аппаратом и функцией в условиях введения препаратов родиолы выражается также усилением накопления в мышцах нуклеиновых кислот в первую очередь РНК вследствие индуцирующего влияния метаболитов изнашивания. Количество мышечных РНК, значительно пониженное в результате утомительной физической работы (на 21,2%), при введении родозина, салидрозида и п-тирозола не только нормализуется, но. и превышает значение исходных величин (соответственно на 36,7; 21,1 и 18,2%), что коррелирует с повышением уровня белков мышц (r=+0,85, +0,62 и +0,89 при Р<0,02—0,001).

Увеличение содержания в ткани нуклеиновых кислот может отражать как интенсификацию синтеза, так и резкое замедление их расходования. Однако в рассматриваемом случае оно указывает на активацию анаболических процессов, поскольку наблюдается на фоне усиления протеосинтеза, в ходе которого происходит разрушение информационной, рибосомальной и транспортной РНК. Для успешного протекания белкового синтеза на всех ступенях необходимо постоянное возобновление РНК взамен разрушенных, интенсивный их ресинтез, при этом тем больший, чем напряженнее идет синтез белковых молекул.

Инъекция пиридрола сопровождается снижением количества РНК до величин, характерных для контрольной группы (истощающая физическая работа). Это соответствующим образом отражается на течении процессов белкового синтеза в восстановительный период. Судя по отношению РНК/ДНК, синтез РНК при введении пиридрола протекает крайне замедленно.

Содержание ДНК в мышечной ткани существенно не меняется как при истощающей физической нагрузке, так и на фоне дополнительного введения исследуемых препаратов. Можно предположить, что этот показатель или совсем не меняется в условиях наших экспериментов, или уровень ДНК восстанавливается в течение суток после окончания работы. Коэффициент РНК/ДНК мало отражает количественные изменения нуклеиновых кислот, происходящие в тканях, так как на его величину влияют статистически - недостоверные колебания содержания ДНК.

Известно, что для благоприятного течения эндергонических процессов биосинтеза белков и нуклеиновых кислот необходим непрерывный приток энергии в форме АТФ. Поскольку запасы АТФ в мышцах невелики, в период работы их энергетическая мощность используется, главным образом, для функциональных целей, обеспечивая все возрастающие энергетические затраты. Снижение или прекращение функциональной активности (мышечной деятельности) сразу же уменьшает расходование АТФ, и концентрация его в клетках возрастает. Это приводит к сокращению митохондриальных мембран и существенному повышению степени сопряженности дыхания и фосфорилирования. В этих условиях генерирование АТФ увеличивается как за счет легкоокисляемых субстратов, накапливающихся во время мышечной деятельности (лактат, пируват, сукцинат), так и в результате интенсивного окисления липидов я свободных жирных кислот, являющихся основными источниками энергии в процессе реституции и дающих наибольший выход энергии, аккумулируемой в форме АТФ (Н. Н. Яковлев, 1970). Ресинтез АТФ в период отдыха является необходимым условием энергетического обеспечения интенсификации пластических процессов.

Наши данные (табл. 19) показывают, что в мышцах крыс, отдыхавших сутки после окончания истощающей мышечной деятельности, процессы ресинтеза АТФ протекают более интенсивно, чем у интактных животных, о чем можно судить по увеличенному коэффициенту АТФ/АДФ. Однако содержание АТФ остается пониженным, по-видимому, в силу того, что он интенсивно расходуется на восстановительные процессы в мышечной ткани, а также потому, что замедлены процессы реаминирования адениловой системы, на что указывает более низкий, чем в покое, уровень этой системы. Не исключено также, что инозинмонофосфат, образовавшийся в условиях истощающей мышечной работы путем дезаминирования адениловой кислоты, подвергается дальнейшему расщеплению и выводится из обмена макроэргов, уменьшая тем самым мощность адениловой системы.

Энергетическая обеспеченность мышц в восстановительный период, сниженная после истощающей физической нагрузки, значительно улучшается на фоне применения препаратов родиолы. Содержание АТФ и суммарное содержание АТФ, АДФ и АМФ, характеризующее общую емкость адениловой системы, повышаются не только по сравнению с контролем (истощение), но и по сравнению с фоновыми величинами. Уровень АДФ достоверно повышен лишь в опытах с п-тирозолом, тогда как интенсивность ресинтеза, судя по коэффициенту АТФ/ДДФ, оказывается высокой только в условиях применення родозина и салидрозида.

Таким образом, курсовое введение родозина, салидрозида и п-тирозола (ежедневно в течение 6 дней непосредственно перед плаванием) благоприятно сказывается на процессах реституции пластического обмена после прекращения истощающей мышечной деятельности. В этих условиях происходит активация аминоацил-тРНК-синтетаз (в 2—3 раза выше нормы) — ферментной системы, катализирующей первые этапы биосинтеза белка; повышение содержания РНК, интенсификация ресинтеза АТФ. Все это вместе взятое приводит к суперкомпенсации мышечных белков, несмотря на значительный их распад.

Введение пиридрола вызывает снижение уровня АТФ до значений, характерных для животных контрольной группы, при этом ресинтез АТФ происходит медленнее, чем в контрольной группе. Следовательно, пиридрол вызывает стойкое нарушение пластического обмена: распад белковых сократительных, знергообразующих и других структур миофибрилл, что проявляется в продолжающемся даже через сутки отдыха снижении содержания мышечных белков и рибонуклеиновых кислот. Подобная ситуация усугубляется, а, возможно, и складывается вследствие того, что ресинтез АТФ происходит крайне медленно и не в состоянии удовлетворить возросшие в период реституции потребности пластического обмена. В свою очередь, снижение ресинтеза АТФ, вполне вероятно, обусловлено нарушением структуры митохондрий, сходным с тем, что наблюдается при утомлении. Отрицательный эффект инъекции пиридрола на состояние пластического и энергетического обменов в мышечной ткани при четко выраженном стимулировании работоспособности, по-видимому, отчасти можно объяснить свойством пиридрола активировать адренэргические меманизмы срочной мобилизации энергетических и других ресурсов организма (А. М. Утевский, 1966).

Общеизвестно значение концентрации свободных аминокислот в тканях для процессов протеосинтеза. Преобладающими компонентами аминокислотного фонда животных тканей являются глютаминовая и аспарагиновая кислоты, глицин и аланин.

Глютаминовая кислота занимает центральное место в азотистом обмене организма. Через нее проходит не менее половины катаболизируемого белкового азота (А. Е. Браунштейн, 1947). В наших опытах содержание глютаминовой кислоты в скелетных мышцах изменялось следующим образом (табл. 20). Истощающая физическая работа снижала его более чем вдвое. Введение препаратов родиолы сопровождалось эффектом суперкомпенсации: уровень кислоты становился в среднем на 30% выше, чем в покое, и почти в 3 раза выше, чем в контроле. Инъекция пиридрола вызывала лишь небольшое повышение содержания глютаминовой кислоты (на 20%) по сравнению с контрольной группой.

Резкое снижение концентрации глютаминовой кислоты в условиях истощения, сохраняющееся даже через сутки восстановительного периода, очевидно, объясняется усиленным расходованием ее в цикле Кребса и оттоком из мышечной ткани на фоне замедления ее синтеза из α-кетоглютаровой кислоты. Недостаток глютамата и нехватка макроэргов в этих условиях также снижают скорость инактивации аммиака и образования глютамина в реакциях прямого амидирования глютаминовой кислоты или лереамидирования, требующих присутствия АТФ. Родезии, салидрозид и п-тирозол благотворно влияют на течение энергетического обмена в период отдыха и способствуют интенсификации синтетических процессов. В отношении глютаминовой кислоты и глютамина это выражается в увеличении их содержания в мышцах, создании значительных запасов глютамата, необходимых для возросших нужд пластического обмена в восстановительный период в фазе суперкомпенсации и ускорении процессов связывания аммиака.

Система аспарагиновая кислота — аспарагин также выполняет защитную функцию в тканях, предохраняя их от образования токсических концентраций аммиака (И. И. Иванов и В. А. Юрьев, 1961). Мы наблюдали повышение содержания аспарагиновой кислоты как при истощающей нагрузке, так и на фоне введения родозина, салидрозида и п-тирозола (соответственно на 20,1; 48,8; 47,4 и 27,6%); концентрация аспарагина в этих условиях существенно не изменялась. Инъекция пиридрола вызывала понижение количества аспарагиновой кислоты (на 38%) по сравнению с исходной величиной, при одновременном увеличении (на 50%) содержания аспарагина. По-видимому, система аспарагиновая кислота — аопарагип осуществляет аварийный механизм устранения аммиака в мышечной ткани, когда возможности системы глютаминовая кислота — глютамин оказываются недостаточными.

Продолжение таблицы 20

Обращает на себя внимание закономерное повышение уровня цистеина на фоне применения препаратов родиолы, что вполне согласуется с ролью цистеина в качестве активатора протеолиза (З. Ф. Евтихина и соавт., 1963).

Как известно, гистидин подобно дипептидам мышц ансерину и карнозину способен повышать работоспособность утомленного нервно-мышечного аппарата (Н. П. Мешкова, 1964), аргинин же является для растущих крыс незаменимой аминокислотой (Rose, 1937). В этой связи воздействие истощающей физической работы, вызывающее снижение уровня этих аминокислот в мышцах, следует считать неблагоприятным. Препараты родиолы положительно влияют на обмен аргинина и гистидина, способствуя их накоплению (в 3—4 раза большему, чем в контрольной группе).

Увеличение баланса лейцин + пзолейцин, по-видимому, можно объяснить, учитывая то обстоятельство, что лейцин является аллостерическим ингибитором дегидрогеназы глютаминовой кислоты, диссоциирующим молекулу фермента на 4 субъединицы, а изолейцин инактивирует L-треониндезаминазу (С. Е. Бреслер, 1963).

Таким образом, энергетическая обеспеченность процессов внутриклеточного образования аминокислот и активного транспорта извне при введении родозина, салидрозида и п-тирозола обеспечивает их значительное накопление, несмотря на интенсивное потребление аминокислот и их амидов в реакциях углеводно-фосфорного и белкового обмена, что создает благоприятные условия для течения энергетических н пластических процессов в фазе суперкомпенсации.

Пиридрол в аналогичных условиях снижает содержание в мышцах белков, РНК, АТФ и некоторых свободных аминокислот (гистидина, глютамина, аспарагиновой кислоты, тирозина).

Суммируя представленный материал по биохимическому механизму стимулирующего действия препаратов родиолы. мы полагаем, что они способствуют лучшей адаптации мышечной ткани к неблагоприятным условиям ее функционирования и вызывают изменения, подобные тем, что возникают в условиях тренировочного режима физической нагрузки.

Для иллюстрации этого положения в табл. 21 сопоставлены биохимические изменения, наблюдаемые при мышечной деятельности, выполняемой тренированными животными, и на фоне профилактического введения препаратов родиолы (Л. В. Адамчук, 1969; Б. Ю. Сальник, 1969.)